具体描述
本书全面系统地介绍了烯烃、芳烃、二烯烃等这些基本有机原料的生产原理及工艺。内容包括：基本有机化学工业的原料，烃类热裂解反应，烯烃生产工艺，裂解炉等。本书是大学本科石油加工专业的专业课教材，也可供初步涉足乙烯工程的科技工作者参考。
《现代精细化工过程控制与优化》 内容提要： 本书系统地阐述了现代精细化工生产过程中，从基础控制理论到高级优化策略的全方位知识体系。它深入探讨了化工单元操作的动态特性分析、先进过程控制（APC）技术（如模型预测控制MPC、多变量解耦控制等）的应用、以及如何利用数据科学和人工智能方法对复杂反应器和分离过程进行实时监测与优化。全书结合大量真实的工业案例，旨在为化工工程师提供一套行之有效的工具和方法，以提升生产过程的安全性、稳定性和经济效益。 第一章 绪论：精细化工的挑战与过程控制的演进 精细化工，以其高附加值、多品种、小批量、高技术密度的特点，已成为现代化学工业的核心驱动力。然而，这类生产过程往往涉及多相反应、严格的质量指标控制、以及对环境友好性的高要求，使得过程控制面临巨大挑战。本章首先界定了精细化工的范围，分析了当前生产面临的主要痛点，如产品质量波动、能耗居高不下、以及批次间差异性大等问题。随后，回顾了传统PID控制的局限性，引出对先进过程控制技术的需求。重点分析了精细化工过程的时滞性、非线性和强耦合性，为后续章节的理论深入奠定基础。 第二章 精细化工过程的动态特性与建模 准确的过程模型是实现有效控制的前提。本章聚焦于精细化工关键单元操作（如精馏、萃取、结晶和催化反应器）的数学建模。首先，复习了质量、能量和动量守恒定律在化工过程中的应用，并重点讲解了如何建立适用于控制系统的简化模型，如一阶加纯滞后模型（FOPDT）。其次，系统介绍了系统辨识方法在化工过程中的应用，包括参数估计和状态空间模型建立。特别地，对于非线性过程，详细阐述了如何利用线性化技术或非线性模型（如NARX模型）来提高控制器的性能。本章通过具体案例演示了如何从实验室数据或历史操作数据中提取可靠的动态参数。 第三章 先进过程控制（APC）技术基础 本章是本书的核心内容之一，系统介绍了超越传统PID控制的APC技术。首先，深入剖析了模型预测控制（MPC）的原理，包括其滚动时域优化、约束处理能力和对系统动态模型的依赖性。详细讲解了MPC的控制器设计步骤，如模型获取、求解器选择和步长设置。接着，阐述了如何针对具有强耦合性的精细化工装置，应用解耦控制策略，如动态矩阵控制（DMC）和基于反馈的解耦方法，以有效管理多输入多输出（MIMO）系统。本章还讨论了针对特定挑战的控制策略，例如，如何使用Smith预估器来补偿长纯滞后，以及如何集成软测量技术来估计难以在线测量的关键质量指标。 第四章 反应过程的强化控制与优化 精细化学品的合成往往发生在复杂的反应器中，如固定床、流化床或连续搅拌釜反应器（CSTR）。本章专注于反应过程的强化控制。首先，讨论了反应动力学对控制设计的影响，特别是自催化反应和热失控的风险防范。其次，详细介绍了如何设计多层控制结构，上层实现反应转化率和选择性的优化，下层则负责温度和压力的精确调控。针对间歇式（Batch）反应过程，重点讲解了基于模型的间歇过程控制（MPC-Batch），如何实现从启动、反应到后处理的平滑过渡和重复性优化。此外，还讨论了如何利用在线光谱技术（如FTIR, Raman）与先进算法结合，实现反应终点的精确判断和快速切换。 第五章 分离过程的能效优化与控制 精馏、吸收和膜分离是精细化工中主要的能耗环节。本章旨在指导读者如何通过过程控制手段实现分离过程的能效最大化。首先，分析了精馏塔的耦合特性，并详细论述了如何采用精馏塔的先进控制结构（如基于塔顶和塔底组分控制的结构）来稳定塔内组分分布。随后，重点介绍了热集成系统的控制挑战，以及如何利用热量泵和能量回收系统的反馈控制来降低蒸汽消耗。对于连续操作的色谱分离和膜分离单元，本章讨论了如何动态调整操作变量（如流速、压力梯度）以应对原料波动，同时维持分离效率。 第六章 数据驱动的智能监控与维护 随着工业物联网（IIoT）和传感器技术的发展，化工过程生成了海量数据。本章探讨了如何利用数据科学技术对这些数据进行深度挖掘，以提升过程的智能水平。系统介绍了过程性能监测（PPM）的原理，包括如何设置基于统计过程控制（SPC）的控制图和基于模型的异常检测方法。重点阐述了机器学习（ML）在预测性维护（PdM）中的应用，如利用振动、温度数据预测泵、压缩机等关键设备的故障，从而减少非计划停机。本章还介绍了强化学习（RL）在探索最优控制策略方面的潜力，为未来高度自主化的工厂操作奠定基础。 第七章 安全、环境与合规性控制 精细化工过程往往涉及高危化学品，过程安全是控制设计的首要考虑。本章讨论了如何将安全仪表系统（SIS）与过程控制系统（PCS）进行有效集成，并重点解析了功能安全标准（如IEC 61511）。在环境友好性方面，详细阐述了如何通过控制手段优化副产物生成和废弃物处理过程，例如，在废水处理单元中精确控制投药量和曝气量，以满足排放标准。最后，讨论了如何利用控制系统的数据记录和报告功能，确保生产过程的合规性，并为法规审计提供可追溯的证据。 第八章 案例分析与未来展望 本章通过三个具体的精细化工产品（如特种聚合物单体、高端医药中间体、高性能催化剂）的生产案例，展示了前述控制理论和方法的实际应用效果。这些案例覆盖了从间歇反应到连续分离的全流程优化。最后，展望了未来化工过程控制的发展趋势，包括全集成自动化（TIA）、云端控制和数字孪生技术在提升工厂韧性和响应速度方面的应用前景。本书旨在帮助读者构建一个全面、深入、且具有前瞻性的现代化工过程控制知识体系。
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